(57)【要約】【課題】燃料噴射弁や燃料ポンプなど燃料系機械装置における摺動部材間の摩擦抵抗を低減することができ、これら装置の耐久信頼性を高めることができるガソリン燃料潤滑摺動部材を提供する。【解決手段】ガソリン燃料の存在下で互いに摺動する部材の一方又両方の摺動面に、水素含有量の低い、例えばダイヤモンドライクカーボンのような硬質炭素薄膜から成る被覆を施す。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン燃料の存在下で互いに摺動する燃料潤滑摺動部材であって、当該部材における摺動面の一方又は双方に水素含有量が３０原子％以下の硬質炭素薄膜を備えていることを特徴とするガソリン燃料潤滑摺動部材。
【請求項２】
上記硬質炭素薄膜の水素含有量が５原子％以下であることを特徴とする請求項１に記載のガソリン燃料潤滑摺動部材。
【請求項３】
上記硬質炭素薄膜の水素含有量が０．５原子％以下であることを特徴とする請求項１に記載のガソリン燃料潤滑摺動部材。
【請求項４】
上記硬質炭素薄膜がアーク式イオンプレーティング法により製膜された硬質炭素薄膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のガソリン燃料潤滑摺動部材。
【請求項５】
上記ガソリン燃料が、潤滑性向上剤としてエーテル類を含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のガソリン燃料潤滑摺動部材。
【請求項６】
上記エーテル類が、メチルターシャリーブチルエーテル及び／又はエチルターシャリーブチルエーテルであることを特徴とする請求項５に記載のガソリン燃料潤滑摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の燃料潤滑摺動部材、すなわち燃料噴射弁におけるニードルバルブ、バルブガイド、ノズル、ハウジング、高圧燃料ポンプにおけるリングカム、プランジャ、バルブサクション、ハウジングなどのように、燃料の存在下で互いに摺動する部材に係わり、特に、ガソリン燃料中で互いに摺動するガソリン燃料潤滑摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記した燃料噴射弁や燃料噴射ポンプなどの燃料系機械部品において、燃料中で摺動する部材の摺動部や衝突部に発生する異常摩耗対策として、燃料噴射弁の摺動部に窒化クロムや窒化チタンなどの硬質被膜を形成することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６３１３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された燃料噴射弁においては、ガソリン以外の燃料、特に含アルコール燃料やガス燃料に対する異常摩耗対策として検討されたものであって、上記のようなガソリン燃料の介在下における摩擦特性や耐摩耗性については、必ずしも十分なものとは言えず、ガソリン燃料の存在下で摺動する部材の摩擦抵抗のさらなる低減が求められていた。
【０００５】
本発明は、ガソリン燃料の存在下で摺動する従来の摺動部品における上記のような課題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、ガソリン燃料が介在する状態において摺動部材間の摩擦抵抗を低減して、部材の摩耗を少なくすることができ、もって上記のような燃料系部品の耐久信頼性を高めることができるガソリン燃料潤滑摺動部材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、部材の摺動面の一方又は双方に、ダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と称する）などの硬質炭素薄膜から成る低水素含有量の被覆を施すことによって、ガソリン燃料を介して摺動する摺動面の摩擦係数を低減し、摺動部の摩耗量を大幅に低下できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明のガソリン燃料潤滑摺動部材は、上記知見に基づくものであって、ガソリン燃料の存在下で互いに摺動する燃料潤滑摺動部材の摺動面の少なくとも一方に、硬質炭素薄膜を備えており、当該硬質炭素薄膜の水素含有量が３０原子％以下、好ましくは５原子％以下、さらに好ましくは０．５原子％以下であることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、更に詳細に説明する。なお、本明細書において「％」は、特記しない限り質量百分率を示すものとする。
【０００９】
本発明のガソリン燃料潤滑摺動部材は、上記したように、ガソリンエンジンに適用される燃料噴射弁や燃料ポンプなどの構成部材のうち、ガソリン燃料が介在した状態で互いに摺動する部材であって、これら部材の摺動面のいずれか一方、あるいはその両方に水素含有量が３０原子％以下の硬質炭素薄膜を備えていることから、燃料介在下における部材間の摩擦係数が低減し、燃料潤滑摺動部材の摩耗量が少なくなって、これら部材を備えた燃料噴射弁など燃料系機械装置の耐久信頼性が確保されることになる。
【００１０】
図１は、このようなガソリン燃料潤滑摺動部材の例を示す燃料噴射弁の概略断面図であって、図に示す燃料噴射弁１は、ハウジング２の中心部にニードルバルブ３を備え、当該ニードルバルブ３は、ハウジング２の先端寄りに設けたバルブガイド４に案内されて進退し、燃料の噴射停止時には、先端部に配設したノズル５の開口縁部に圧接するようになっている。
【００１１】
したがって、ニードルバルブ３は、作動に際してバルブガイド４の内周面に摺動すると共に、ノズル５に衝突することから、ニードルバルブ３の外周面に上記のような硬質炭素薄膜の被覆を施すようにする。
このとき、当該ニードルバルブ３の相手摺動部材、すなわちバルブガイド４及びノズル５の摺動面に硬質炭素薄膜を成膜してもよく、当然これら部材の双方に硬質炭素薄膜を形成することも可能である。
【００１２】
上記硬質炭素薄膜としては、例えば炭素原子を主として構成されるＤＬＣ材料を用いることができ、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜することができる。
このＤＬＣ材料は、非晶質のものであって、炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）の両方から成る。具体的には、炭素元素だけから成るａ−Ｃ（アモルファスカーボン）、水素を含有するａ−Ｃ：Ｈ（水素アモルファスカーボン）、及びチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を一部に含むＭｅＣなどを好適に用いることができる。
【００１３】
また、硬質炭素薄膜中の水素含有量が増加すると摩擦係数が増すことから、本発明においては水素含有量を多くとも３０原子％とする必要があるが、ガソリン燃料中での摺動時における摩擦係数を十分に低下させ、さらに安定した摺動特性を確保するためには、５原子％以下、さらには０．５原子％以下とすることが望ましい。
【００１４】
そして、このような水素含有量の低い硬質炭素薄膜は、例えばスパッタリング法やイオンプレーティング法など、水素や水素含有化合物を実質的に使用しないＰＶＤ法によって成膜することによって得られる。
この場合、成膜時に水素を含まないガスを用いるだけでなく、場合によっては反応容器や基材保持具のベーキングや、基材表面のクリーニングを十分に行ったうえで成膜することが被膜中の水素量を減らすために望ましい。
【００１５】
なお、本発明のガソリン燃料潤滑摺動部材において、上記硬質炭素薄膜を成膜するための基材としては、特に限定されることはなく、例えば、鋼材やアルミニウム合金材、適用部位によっては樹脂材料等を使用することができる。
【００１６】
上記のようなガソリン燃料には、潤滑性向上剤としてエーテル類を添加することが望ましい。
【００１７】
エーテル類としては、下記の一般式（１）で表される含酸素有機化合物であり、エーテル結合を１つ又は２つ以上有する化合物が例示される。
Ｒ−（Ｏ−Ｒ’）ｎ                            （１）
ここで、上記一般式（１）におけるＲ、Ｒ’は、それぞれ個別に、アルキル基、アルケニル基、アルキレン基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基等の炭化水素基（これら炭化水素基これらは、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合から選ばれる１種又は２種以上の基又は結合をさらに有していても良く、炭素、水素及び酸素以外の元素、例えば、窒素や硫黄（例えば複素環化合物）、ハロゲン（フッ素、塩素等）、リン、ホウ素、金属等を含有していても良い。）を示し、ｎは１〜４０、好ましくは１〜６、特に好ましくは１〜４の整数を示す。
【００１８】
上記炭化水素基は、その炭素数に何ら制限はないが、好ましくは炭素数１〜４０、より好ましくは炭素数２〜３０、特に好ましくは炭素数３〜２０である。
【００１９】
アルキル基としてはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、直鎖又は分枝のペンチル基、直鎖又は分枝のヘキシル基、直鎖又は分枝のヘプチル基、直鎖又は分枝のオクチル基、直鎖又は分枝のノニル基、直鎖又は分枝のデシル基、直鎖又は分枝のウンデシル基、直鎖又は分枝のドデシル基、直鎖又は分枝のトリデシル基、直鎖又は分枝のテトラデシル基、直鎖又は分枝のペンタデシル基、直鎖又は分枝のヘキサデシル基、直鎖又は分枝のヘプタデシル基、直鎖又は分枝のオクタデシル基、直鎖又は分枝のノナデシル基、直鎖又は分枝のイコシル基、直鎖又は分枝のヘンイコシル基、直鎖又は分枝のドコシル基、直鎖又は分枝のトリコシル基、直鎖又は分枝のテトラコシル基等の炭素数１〜４０のアルキル基等が挙げられ、好ましくは炭素数２〜３０のアルキル基、特に好ましくは炭素数３〜２０のアルキル基である。
【００２０】
アルケニル基としては、ビニル基、直鎖又は分枝のプロペニル基、直鎖又は分枝のブテニル基、直鎖又は分枝のペンテニル基、直鎖又は分枝のへキセニル基、直鎖又は分枝のヘプテニル基、直鎖又は分枝のオクテニル基、直鎖又は分枝のノネニル基、直鎖又は分枝のデセニル基、直鎖又は分枝のウンデセニル基、直鎖又は分枝のドデセニル基、直鎖又は分枝のトリデセニル基、直鎖又は分枝のテトラデセニル基、直鎖又は分枝のペンタデセニル基、直鎖又は分枝のヘキサデセニル基、直鎖又は分枝のヘプタデセニル基、直鎖又は分枝のオクタデセニル基、直鎖又は分枝のノナデセニル基、直鎖又は分枝のイコセニル基、直鎖又は分枝のヘンイコセニル基、直鎖又は分枝のドコセニル基、直鎖又は分枝のトリコセニル基、直鎖又は分枝のテトラコセニル基等の炭素数２〜４０のアルケニル基等が挙げられ、好ましくは炭素数２〜３０のアルケニル基、特に好ましくは炭素数３〜２０のアルケニル基である。
【００２１】
シクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基シクロオクチル基等の炭素数３〜４０のシクロアルキル基等が挙げられ、好ましくは炭素数３〜２０のシクロアルキル基、特に好ましくは炭素数５〜８のシクロアルキル基である。
アルキルシクロアルキル基としては、メチルシクロペンチル基、ジメチルシクロペンチル基（全ての構造異性体を含む。）、メチルエチルシクロペンチル基（全ての構造異性体を含む。）、ジエチルシクロペンチル基（全ての構造異性体を含む。）、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロヘキシル基（全ての構造異性体を含む。）、メチルエチルシクロヘキシル基（全ての構造異性体を含む。）、ジエチルシクロヘキシル基（全ての構造異性体を含む。）、メチルシクロヘプチル基、ジメチルシクロヘプチル基（全ての構造異性体を含む。）、メチルエチルシクロヘプチル基（全ての構造異性体を含む。）、ジエチルシクロヘプチル基（全ての構造異性体を含む。）等の炭素数４〜４０のアルキルシクロアルキル基等が挙げられ、好ましくは炭素数５〜２０のアルキルシクロアルキル基、特に好ましくは炭素数６〜１２のアルキルシクロアルキル基である。
【００２２】
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等、炭素数６〜２０のアリール基、好ましくは炭素数６〜１０のアリール基である。
アルキルアリール基としては、トリル基（全ての構造異性体を含む。）、エチルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のプロピルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のブチルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のペンチルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のヘキシルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のヘプチルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のオクチルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のノニルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のデシルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のウンデシルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）、直鎖又は分枝のドデシルフェニル基（全ての構造異性体を含む。）のような１置換フェニル基；キシリル基（全ての構造異性体を含む。）、ジエチルフェニル基、ジプロピルフェニル基、２−メチル−６−ｔｅｒｔブチルフェニル基、２，６−ジｔｅｒｔ−ブチル−４メチルフェニル基、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ベンジル）フェニル基等のような同一又は異なる直鎖又は分枝のアルキル基、を２つ以上有するアリール基（アルキル基は、さらにアリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基を含んでも良く、全ての構造異性体を含む。）等のアルキルアリール基等が挙げられ、炭素数７〜４０のアルキルアリール基、好ましくは炭素数７〜２０のアルキルアリール基、特に好ましくは炭素数７〜１２のアルキルアリール基である。
【００２３】
アリールアルキル基としては、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基（プロピル基の異性体を含む。）フェニルブチル基（ブチル基の異性体を含む。）、フェニルペンチル基（ペンチル基の異性体を含む。）、フェニルヘキシル基（ヘキシル基の異性体を含む。）等の炭素数７〜４０のアリールアルキル基、好ましくは炭素数７〜２０のアリールアルキル基、特に好ましくは炭素数７〜１２のアリールアルキル基である。
【００２４】
エーテル類として、具体的には、例えば、飽和又は不飽和脂肪族エーテル類、芳香族エーテル類、環式エーテル類、これらエーテル類から選ばれる２種以上の混合物などが挙げられる。
脂肪族単一エーテル類としては、具体的には、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジｎ−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジｎ−アミルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル、ジオクチルエーテル、ジノニルエーテル、ジデシルエーテル、ジウンデシルエーテル、ジドデシルエーテル、ジトリデシルエーテル、ジテトラデシルエーテル、ジペンタデシルエーテル、ジヘキサデシルエーテル、ジヘプタデシルエーテル、ジオクタデシルエーテル、ジノナデシルエーテル、ジイコシルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルｎ−プロピルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、メチルイソブチルエーテル、メチルｔｅｒｔブチルエーテル、メチルｎ−アミルエーテル、メチルイソアミルエーテル、エチルｎ−プロピルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、エチルｔｅｒｔブチルエーテル、エチルｎ−アミルエーテル、エチルイソアミルエーテル、ジビニルエーテル、ジアリルエーテル、メチルビニルエーテル、メチルアリルエーテル、エチルビニルエーテル、エチルアリルエーテル等の炭素数１〜４０の飽和又は不飽和脂肪族エーテル類（これら飽和又は不飽和脂肪族は直鎖状でも分枝状でもよく、不飽和結合の位置は任意である）が挙げられる。
【００２５】
芳香族エーテル類としては、具体的には、例えば、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、ベンジルエーテル、フェニルベンジルエーテル、α−ナフチルエーテル、β−ナフチルエーテル、ポリフェニルエーテル、パーフルオロエーテル等が挙げられ、これらは飽和又は不飽和脂肪族基を有していても良い（これら飽和又は不飽和脂肪族は直鎖状でも分枝状でもよく、不飽和結合の位置は任意であり、また、その置換位置も数も任意である）。これらはその使用条件、特に常温において液状であることが好ましい。
【００２６】
環式エーテル類としては、具体的には、例えば、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化トリメチレン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、グリシジルエーテル類等の炭素数２〜４０の環式エーテル類が挙げられ、これらは飽和又は不飽和脂肪族基、炭素環、飽和又は不飽和脂肪族基を有する炭素環を有していても良い（これら飽和又は不飽和脂肪族は直鎖状でも分枝状でもよく、不飽和結合の位置は任意であり、また、その置換位置も数も任意である）。
【００２７】
以上、潤滑性向上剤として添加可能なエーテル類を多数列挙したが、この中では、メチルターシャリーブチルエーテル（ＭＴＢＥ）及びエチルターシャリーブチルエーテルの一方、又は両方を用いると、始動性が良くなり、高オクタン価であることから望ましい。
【００２８】
また、ＭＴＢＥ等の添加量については、環境問題（ＮＯｘ増大）に観点から燃料全量基準で７％以下となっている。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例と比較例によって、更に具体的に説明するが、本発明は、これら実施例のみに限定されるものではない。
【００３０】
〔摩擦摩耗試験〕
図２に示すように、摺動側試験片としてピン型試験片２１、相手側試験片としてディスク型試験片２２を用いて、ＳＲＶ試験を行い、以下に示す条件のもとに摩擦係数及びピン型試験片２１の摩耗量を測定した。なお、摩耗量については、後述する実施例３の摩耗量を「１」とする相対値で示した。
摩擦摩耗試験条件
摺動側試験片：φ１８×２２ｍｍピン型試験片（ＳＵＪ２鋼）
相手側試験片：φ２４×７ｍｍディスク型試験片（Ｓ４５Ｃ鋼）
試験装置    ：ＳＲＶ試験装置
周波数      ：５０Ｈｚ
試験温度    ：８０℃
荷重方式    ：４００Ｎ
摺動幅      ：３ｍｍ
試験時間    ：１５分
【００３１】
（実施例１）
ＪＩＳ  Ｇ４８０５に高炭素クロム軸受鋼鋼材として規定されるＳＵＪ２鋼から１２φ×２２ｍｍのピン型試験片基材を切り出し、この基材の表面にＰＶＤアークイオン式イオンプレーティング法によって、水素原子の量が２０原子％のＤＬＣ薄膜を厚さ０．５μｍに成膜し、これを本実施例の摺動側試験片（ピン型試験片）として使用した。
一方、ＪＩＳ  Ｇ４０５１に機械構造用炭素鋼鋼材として規定されるＳ４５Ｃ鋼から２４φ×７ｍｍのディスク型試験片を切り出し、上部表面の表面粗さＲａを０．２μｍに仕上げたものを相手側試験片（ディスク型試験片）として使用し、上記条件によるＳＲＶ試験を実施した。なお、当該実施例においては、潤滑性向上剤を含まないガソリン燃料（軽油を含まず）を摺動側試験片に塗布した状態で性能評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００３２】
（実施例２）
上記実施例１と同様のピン型試験片基材の表面にＰＶＤアークイオン式イオンプレーティング法によって、水素原子の量が０．５原子％のＤＬＣ薄膜を厚さ０．５μｍに成膜し、これを本実施例の摺動側試験片として使用した。これ以外は、上記実施例１と同様の条件のもとにＳＲＶ試験を実施した。その結果を表１に併せて示す。
【００３３】
（実施例３）
上記実施例２と同様の摺動側試験片（ピン型試験片）及び相手側試験片（ディスク型試験片）を使用し、潤滑性向上剤としてエチルターシャリーブチルエーテルを６％含むガソリン燃料を摺動側試験片に塗布した状態で同様のＳＲＶ試験を実施した。その結果を表１に併せて示す。
【００３４】
（比較例１）
上記実施例１と同様のピン型試験片基材の表面に、Ｃｒメッキ処理を施したものを本例の摺動側試験片として使用し、これ以外は上記実施例１と同様の条件のもとにＳＲＶ試験を実施した。その結果を表１に併せて示す。
【００３５】
（比較例２）
上記実施例１と同様のピン型試験片基材の表面に、ＣｒＮ処理を施したものを本例の摺動側試験片として使用し、これ以外は上記実施例１と同様の条件のもとにＳＲＶ試験を実施した。その結果を表１に併せて示す。
【００３６】
（比較例３）
上記比較例１と同様の摺動側試験片（ピン型試験片）及び相手側試験片（ディスク型試験片）を使用し、潤滑性向上剤としてエチルターシャリーブチルエーテルを６％含むガソリン燃料を摺動側試験片に塗布した状態で同様のＳＲＶ試験を実施した。その結果を表１に併せて示す。
【００３７】
（比較例４）
上記比較例２と同様の摺動側試験片（ピン型試験片）及び相手側試験片（ディスク型試験片）を使用し、潤滑性向上剤としてエチルターシャリーブチルエーテルを６％含むガソリン燃料を摺動側試験片に塗布した状態で同様のＳＲＶ試験を実施した。その結果を表１に併せて示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
上記の結果から明らかなように、ＤＬＣ薄膜を被覆した本発明の実施例においては、ＣｒめっきやＣｒＮ被膜処理を施した比較例に較べて、摩擦係数及び摩耗量が大幅に減少することが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、ガソリン燃料の存在下で互いに摺動する部材の一方又両方の摺動面に、水素含有量の少ない硬質炭素薄膜を設けるようにしていることから、摺動面における摩擦係数及び摺動抵抗を小さくすることができ、部材の摩耗量を大幅に低減して、燃料噴射弁などの燃料系機械装置の耐久信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガソリン燃料潤滑摺動部材の一例として燃料噴射弁の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例において摩擦係数及び摩耗量の測定に用いたＳＲＶ試験の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
３  ニードルバルブ（ガソリン燃料潤滑摺動部材）
４  バルブガイド（ガソリン燃料潤滑摺動部材）
５  ノズル（ガソリン燃料潤滑摺動部材）
【図１】
2005061227.tif 000004
【図２】
2005061227.tif 000005